JPH05196520A - 位相差式トルク検出装置 - Google Patents
位相差式トルク検出装置Info
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- JPH05196520A JPH05196520A JP2894092A JP2894092A JPH05196520A JP H05196520 A JPH05196520 A JP H05196520A JP 2894092 A JP2894092 A JP 2894092A JP 2894092 A JP2894092 A JP 2894092A JP H05196520 A JPH05196520 A JP H05196520A
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- JP
- Japan
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- magnetic body
- shaft
- torque
- magnetic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 1つのホール素子でシャフトの位相差に基づ
いてトルクを検知することができるようにする。 【構成】 回転駆動可能なシャフト10の所定位置にリ
ング状の第1磁性体12及びこれから軸方向に所定位置
をあけて支持部材16の一端が一体に回転可能に連結さ
れる。第1磁性体12の外周には第2磁性体14が配置
されており、これらの対向する面には互いに対応する形
状及び大きさの複数の凹凸が形成される。第2磁性体1
4は支持部材16と一体に回転可能に連結される。第1
磁性体12及び第2磁性体14の端面の軸方向位置は同
一とされており、これらに対向してホール素子18が設
けられる。ホール素子18は、第1磁性体12及び第2
磁性体14の対向する凹部及び凸部の円周方向の位置の
変化による磁界の変化をデューティ比として検出し、こ
れからトルクを検知する。また、ホール素子18から検
出される単位時間当りのパルスの数を計数することによ
って回転速度が算出される。
いてトルクを検知することができるようにする。 【構成】 回転駆動可能なシャフト10の所定位置にリ
ング状の第1磁性体12及びこれから軸方向に所定位置
をあけて支持部材16の一端が一体に回転可能に連結さ
れる。第1磁性体12の外周には第2磁性体14が配置
されており、これらの対向する面には互いに対応する形
状及び大きさの複数の凹凸が形成される。第2磁性体1
4は支持部材16と一体に回転可能に連結される。第1
磁性体12及び第2磁性体14の端面の軸方向位置は同
一とされており、これらに対向してホール素子18が設
けられる。ホール素子18は、第1磁性体12及び第2
磁性体14の対向する凹部及び凸部の円周方向の位置の
変化による磁界の変化をデューティ比として検出し、こ
れからトルクを検知する。また、ホール素子18から検
出される単位時間当りのパルスの数を計数することによ
って回転速度が算出される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相差式トルク検出装
置に関するものである。
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のトルクセンサとしては、例えば次
のようなものがある。特開昭63−311136号公
報、特開平1−35330号公報、及び特開昭62−1
61033号公報に示される磁歪式センサは、強磁性体
に応力を加えたときに磁化が変化する現象を利用したも
のである。また、特開平1−97824号公報、特開昭
62−264685号公報、及び特開昭63−1729
32号公報に示される位相差式センサは、シャフトの軸
方向に離れた2か所にそれぞれセンサを設けてそれぞれ
の回転を検知し、これらの位相差からトルクを算出する
ものである。
のようなものがある。特開昭63−311136号公
報、特開平1−35330号公報、及び特開昭62−1
61033号公報に示される磁歪式センサは、強磁性体
に応力を加えたときに磁化が変化する現象を利用したも
のである。また、特開平1−97824号公報、特開昭
62−264685号公報、及び特開昭63−1729
32号公報に示される位相差式センサは、シャフトの軸
方向に離れた2か所にそれぞれセンサを設けてそれぞれ
の回転を検知し、これらの位相差からトルクを算出する
ものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のトルクセンサでは、次のような問題がある。磁歪式
センサは、回転数を検知することができない。また、ア
モルファス金属等の特殊材料を使用することが多いた
め、コストが高くなる。位相差式センサは、センサを2
つ以上使うため、コストが高くなる。本発明は、このよ
うな課題を解決するためのものである。
来のトルクセンサでは、次のような問題がある。磁歪式
センサは、回転数を検知することができない。また、ア
モルファス金属等の特殊材料を使用することが多いた
め、コストが高くなる。位相差式センサは、センサを2
つ以上使うため、コストが高くなる。本発明は、このよ
うな課題を解決するためのものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、シャフトの異
なる場所に取り付けられた2つの磁性体の端面に対向し
て磁界検出器を配置し、2つの磁性体の凹部及び凸部の
相対位置の変化を磁界検出器によって検出することによ
り上記課題を解決する。すなわち本発明の位相差式トル
ク検出装置は、回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第1磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第1磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
2磁性体が配置されており、第2磁性体は支持部材を介
してシャフトの第1磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、第1磁性体及び第
2磁性体の一端面はシャフトに直交する同一平面上に位
置しており、第1磁性体の外周面及び第2磁性体の内周
面には互いに対応する形状及び大きさの凹部及び凸部が
歯車状に形成されており、第1磁性体及び第2磁性体の
上記一端面に対向して磁石が配置されており、第1磁性
体及び第2磁性体と磁石との間にはこれらの間に発生す
る磁界を検出する磁界検出器が設けられており、磁界検
出器からの信号を処理してトルクを求める信号処理装置
を有している。また、信号処理装置は、磁界検出器から
の信号をA−D変換するA−D変換回路と、A−D変換
回路からの出力のデューティ比を算出するとともにこれ
からトルクを演算する演算部とを有しているものとする
こともできる。また、演算部は、A−D変換回路からの
パルスを計算することによってシャフトの回転速度を算
出することもできる。
なる場所に取り付けられた2つの磁性体の端面に対向し
て磁界検出器を配置し、2つの磁性体の凹部及び凸部の
相対位置の変化を磁界検出器によって検出することによ
り上記課題を解決する。すなわち本発明の位相差式トル
ク検出装置は、回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第1磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第1磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
2磁性体が配置されており、第2磁性体は支持部材を介
してシャフトの第1磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、第1磁性体及び第
2磁性体の一端面はシャフトに直交する同一平面上に位
置しており、第1磁性体の外周面及び第2磁性体の内周
面には互いに対応する形状及び大きさの凹部及び凸部が
歯車状に形成されており、第1磁性体及び第2磁性体の
上記一端面に対向して磁石が配置されており、第1磁性
体及び第2磁性体と磁石との間にはこれらの間に発生す
る磁界を検出する磁界検出器が設けられており、磁界検
出器からの信号を処理してトルクを求める信号処理装置
を有している。また、信号処理装置は、磁界検出器から
の信号をA−D変換するA−D変換回路と、A−D変換
回路からの出力のデューティ比を算出するとともにこれ
からトルクを演算する演算部とを有しているものとする
こともできる。また、演算部は、A−D変換回路からの
パルスを計算することによってシャフトの回転速度を算
出することもできる。
【0005】
【作用】シャフトにトルクが作用すると、トルクの大き
さに応じてシャフトがねじれ、第1磁性体と第2磁性体
との円周方向の相対位置関係が変化する。このため、両
磁性体の凹部及び凸部の相対位置関係も変化し、凹部及
び凸部を通る磁界が変化する。この磁界の変化を磁界検
出器によって検出する。磁界検出器の出力をA−D変換
することにより、磁界変化の度合いはデューティ比とし
て検出される。得られたデューティ比をトルクに換算す
ることにより、シャフトに作用しているトルクが求めら
れる。
さに応じてシャフトがねじれ、第1磁性体と第2磁性体
との円周方向の相対位置関係が変化する。このため、両
磁性体の凹部及び凸部の相対位置関係も変化し、凹部及
び凸部を通る磁界が変化する。この磁界の変化を磁界検
出器によって検出する。磁界検出器の出力をA−D変換
することにより、磁界変化の度合いはデューティ比とし
て検出される。得られたデューティ比をトルクに換算す
ることにより、シャフトに作用しているトルクが求めら
れる。
【0006】
【実施例】図1に本発明の位相差式トルク検出装置の概
略断面図を示す。回転駆動されるシャフト10の所定位
置の外周にこれと一体に回転するように、リング状の第
1磁性体12がはめ合わされて連結されている。第1磁
性体12の外周には、これとの間に小さいすきまをあけ
て同心にリング状の第2磁性体14が設けられている。
第2磁性体14は略つり鐘状の支持部材16の内周面に
取り付けられている。支持部材16の一端は、シャフト
10にこれと一体に回転するように連結されている。支
持部材16が連結されている位置は、第1磁性体12が
連結されている位置から軸方向に所定間隔をあけられて
いる。第1磁性体12及び第2磁性体14の端面(これ
らは、シャフト10に直交する同一平面上に位置してい
る)に対向してホール素子18(磁界検出器)が設けら
れている。ホール素子18の後部(第1磁性体12及び
第2磁性体14の対面側とは反対側)には磁石20が設
けられている。ホール素子18は磁石と第1磁性体12
及び第2磁性体14によって生じる磁界に応じた電圧を
アナログ波形として出力する。この出力波形は、図2の
信号処理装置の制御ブロック図に示されるように、A−
D変換回路22によって、デジタル波形に変換されて、
演算部24に入力される。演算部24では、後述のよう
にトルク及び回転速度が算出される。
略断面図を示す。回転駆動されるシャフト10の所定位
置の外周にこれと一体に回転するように、リング状の第
1磁性体12がはめ合わされて連結されている。第1磁
性体12の外周には、これとの間に小さいすきまをあけ
て同心にリング状の第2磁性体14が設けられている。
第2磁性体14は略つり鐘状の支持部材16の内周面に
取り付けられている。支持部材16の一端は、シャフト
10にこれと一体に回転するように連結されている。支
持部材16が連結されている位置は、第1磁性体12が
連結されている位置から軸方向に所定間隔をあけられて
いる。第1磁性体12及び第2磁性体14の端面(これ
らは、シャフト10に直交する同一平面上に位置してい
る)に対向してホール素子18(磁界検出器)が設けら
れている。ホール素子18の後部(第1磁性体12及び
第2磁性体14の対面側とは反対側)には磁石20が設
けられている。ホール素子18は磁石と第1磁性体12
及び第2磁性体14によって生じる磁界に応じた電圧を
アナログ波形として出力する。この出力波形は、図2の
信号処理装置の制御ブロック図に示されるように、A−
D変換回路22によって、デジタル波形に変換されて、
演算部24に入力される。演算部24では、後述のよう
にトルク及び回転速度が算出される。
【0007】図3に初期設定時(すなわち、シャフト1
0にトルクが作用していないとき)の第1磁性体12及
び第2磁性体14の断面図を示す。第1磁性体12の外
周部には、90度間隔で凹部12aが4つ形成されてい
る。これによって凸部12bも4つ形成される。第2磁
性体14にもこれの内周部に、90度間隔で凹部14a
が4つ形成され、また凸部14bが4つ形成されてい
る。第1磁性体12及び第2磁性体14の凹部12a及
び14aは、円周方向長さ及び径方向の深さが互いに同
一である。
0にトルクが作用していないとき)の第1磁性体12及
び第2磁性体14の断面図を示す。第1磁性体12の外
周部には、90度間隔で凹部12aが4つ形成されてい
る。これによって凸部12bも4つ形成される。第2磁
性体14にもこれの内周部に、90度間隔で凹部14a
が4つ形成され、また凸部14bが4つ形成されてい
る。第1磁性体12及び第2磁性体14の凹部12a及
び14aは、円周方向長さ及び径方向の深さが互いに同
一である。
【0008】次に本実施例の動作について説明する。第
1磁性体12及び第2磁性体14は、図3に示されるよ
うに、これらの凸部12b及び14b同士及び凹部12
a及び14a同士を一致させた状態でシャフト10へ初
期設定される。シャフト10が回転駆動されると第1磁
性体12及び第2磁性体14もシャフト10と一体に回
転する。シャフト10にねじれが生じていない間、すな
わちトルクが作用していない間は、第1磁性体12及び
第2磁性体14は初期設定の状態を保ったまま回転す
る。シャフト10にトルクが作用すると、第1磁性体1
2及び第2磁性体14は、互いに円周方向にずれて、例
えば図4のような状態になる。この図に示されるよう
に、初期設定の状態では一致していた凸部12b及び1
4b同士及び凹部12a及び14a同士が、円周方向に
ずれた状態になる。図3及び図4に示される状態に対応
するホール素子18の出力波形をそれぞれ図5及び図6
に示す。図3の状態のときには、ホール素子18の出力
波形は、図5に示されるような1段階の波形になる。こ
れをA−D変換回路22によってデジタル波形に変換す
ると、図7に示されるように、第1磁性体12及び第2
磁性体14の凸部12b及び14b同士が重なっている
部分のみが、オンとして出力される。次に、図4の状態
のときには、図6に示されるように、ホール素子18の
出力は、第1磁性体12の凹部12aと第2磁性体14
の凸部14bとが重なっている部分と、互いの凸部12
b及び14b同士が重なっている部分と、第1磁性体1
2の凸部12bと第2磁性体14の凹部14aとが重な
っている部分と、の3段階で振幅が変わるようにな波形
になる。これをA−D変換回路22によってデジタル波
形に変換すると、図8に示されるように、第1磁性体1
2及び第2磁性体14の少なくとも一方の凸部12b又
は14bがある部分がオンとして出力される。このよう
に、トルク作用時には、トルク非作用時よりもオンの領
域が大きくなる。これにより、図8に示されるトルク作
用時のオンの領域から図7に示されるトルク非作用時の
オンの領域を引いた部分が、トルクに比例することにな
る。このオンの領域のトルクによる変化はデューティ比
として検出される。すなわち、第1磁性体12及び第2
磁性体14は回転しているので、シャフト10の1回転
中にオンの状態が4回及びオフの状態が4回交互に発生
することになる。トルクが大きくなるほどシャフト10
の1回転中におけるオンの時間が長くなり、オフの時間
が短くなる。両方の時間を加えたものに対するオンの時
間の比率がデューティ比として検出される。トルク非作
用時のデューティ比は、凹部12a及び14aと凸部1
2b及び14bとの円周方向長さが等しいとすると、5
0%になる。トルクが作用すると、オンの時間が長くな
るため、デューティ比は50%より大きい値になってい
く。このデューティ比の増大分と作用させたトルクとを
比較して対応させることにより、デューティ比からトル
クの値を求めることができる。
1磁性体12及び第2磁性体14は、図3に示されるよ
うに、これらの凸部12b及び14b同士及び凹部12
a及び14a同士を一致させた状態でシャフト10へ初
期設定される。シャフト10が回転駆動されると第1磁
性体12及び第2磁性体14もシャフト10と一体に回
転する。シャフト10にねじれが生じていない間、すな
わちトルクが作用していない間は、第1磁性体12及び
第2磁性体14は初期設定の状態を保ったまま回転す
る。シャフト10にトルクが作用すると、第1磁性体1
2及び第2磁性体14は、互いに円周方向にずれて、例
えば図4のような状態になる。この図に示されるよう
に、初期設定の状態では一致していた凸部12b及び1
4b同士及び凹部12a及び14a同士が、円周方向に
ずれた状態になる。図3及び図4に示される状態に対応
するホール素子18の出力波形をそれぞれ図5及び図6
に示す。図3の状態のときには、ホール素子18の出力
波形は、図5に示されるような1段階の波形になる。こ
れをA−D変換回路22によってデジタル波形に変換す
ると、図7に示されるように、第1磁性体12及び第2
磁性体14の凸部12b及び14b同士が重なっている
部分のみが、オンとして出力される。次に、図4の状態
のときには、図6に示されるように、ホール素子18の
出力は、第1磁性体12の凹部12aと第2磁性体14
の凸部14bとが重なっている部分と、互いの凸部12
b及び14b同士が重なっている部分と、第1磁性体1
2の凸部12bと第2磁性体14の凹部14aとが重な
っている部分と、の3段階で振幅が変わるようにな波形
になる。これをA−D変換回路22によってデジタル波
形に変換すると、図8に示されるように、第1磁性体1
2及び第2磁性体14の少なくとも一方の凸部12b又
は14bがある部分がオンとして出力される。このよう
に、トルク作用時には、トルク非作用時よりもオンの領
域が大きくなる。これにより、図8に示されるトルク作
用時のオンの領域から図7に示されるトルク非作用時の
オンの領域を引いた部分が、トルクに比例することにな
る。このオンの領域のトルクによる変化はデューティ比
として検出される。すなわち、第1磁性体12及び第2
磁性体14は回転しているので、シャフト10の1回転
中にオンの状態が4回及びオフの状態が4回交互に発生
することになる。トルクが大きくなるほどシャフト10
の1回転中におけるオンの時間が長くなり、オフの時間
が短くなる。両方の時間を加えたものに対するオンの時
間の比率がデューティ比として検出される。トルク非作
用時のデューティ比は、凹部12a及び14aと凸部1
2b及び14bとの円周方向長さが等しいとすると、5
0%になる。トルクが作用すると、オンの時間が長くな
るため、デューティ比は50%より大きい値になってい
く。このデューティ比の増大分と作用させたトルクとを
比較して対応させることにより、デューティ比からトル
クの値を求めることができる。
【0009】なお、第1磁性体12と第2磁性体14と
の初期設定は、図9に示すように、凹部12aと凸部1
4bとが、それぞれ対応するようにすることもできる。
この場合、図9の状態でデューティ比は100%とな
り、一方、トルクが作用して図10の状態になると、凹
部12a及び14aが対面している分だけデューティ比
が小さくなっていくことになる。この場合もデューティ
比からトルクを求めることができる。
の初期設定は、図9に示すように、凹部12aと凸部1
4bとが、それぞれ対応するようにすることもできる。
この場合、図9の状態でデューティ比は100%とな
り、一方、トルクが作用して図10の状態になると、凹
部12a及び14aが対面している分だけデューティ比
が小さくなっていくことになる。この場合もデューティ
比からトルクを求めることができる。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、シャフトの軸方向に所
定間隔をあけて連結されているリング状の第1磁性体及
び第2磁性体をシャフトの軸方向の同じ位置に同心に設
け、これらの端面に対向して磁界検出器を1つだけ設け
ることにより、トルクを検出することができる。これに
より、磁界検出器を1つしか使わないため、部品点数が
少なくなり、コストが安くなる。また、小型化すること
ができる。特殊材料を用いる必要がないため、コストが
安くなる。磁界検出器から検出されるパルスの数を計数
することによって、回転速度も検知することができる。
定間隔をあけて連結されているリング状の第1磁性体及
び第2磁性体をシャフトの軸方向の同じ位置に同心に設
け、これらの端面に対向して磁界検出器を1つだけ設け
ることにより、トルクを検出することができる。これに
より、磁界検出器を1つしか使わないため、部品点数が
少なくなり、コストが安くなる。また、小型化すること
ができる。特殊材料を用いる必要がないため、コストが
安くなる。磁界検出器から検出されるパルスの数を計数
することによって、回転速度も検知することができる。
【図1】本発明の位相差式トルク検出装置の概略断面図
である。
である。
【図2】制御ブロック図である。
【図3】初期設定時の第1磁性体及び第2磁性体の断面
図である。
図である。
【図4】トルク作用時の第1磁性体及び第2磁性体の断
面図である。
面図である。
【図5】図3に示す状態に対応するホール素子の出力波
形図である。
形図である。
【図6】図4に示す状態に対応するホール素子の出力波
形図である。
形図である。
【図7】図3に示す状態に対応するデジタル出力波形図
である。
である。
【図8】図4に示す状態に対応するデジタル出力波形図
である。
である。
【図9】別の初期設定時の第1磁性体と第2磁性体との
位置関係を示す図である。
位置関係を示す図である。
【図10】図9に示したものにトルクが作用した状態を
示す図である。
示す図である。
10 シャフト 12 第1磁性体 14 第2磁性体 12a、14a 凹部 12b、14b 凸部 16 支持部材 18 ホール素子(磁界検出器) 20 磁石 22 A−D変換回路 24 演算部
Claims (3)
- 【請求項1】 回転駆動可能なシャフトの所定位置にリ
ング状の第1磁性体がシャフトと同心に取り付けられて
おり、第1磁性体の外周にはこれと同心にリング状の第
2磁性体が配置されており、第2磁性体は支持部材を介
してシャフトの第1磁性体の連結位置から軸方向に所定
間隔をあけた位置に連結されており、 第1磁性体及び第2磁性体の一端面はシャフトに直交す
る同一平面上に位置しており、第1磁性体の外周面及び
第2磁性体の内周面には互いに対応する形状及び大きさ
の凹部及び凸部が歯車状に形成されており、第1磁性体
及び第2磁性体の上記一端面に対向して磁石が配置され
ており、第1磁性体及び第2磁性体と磁石との間にはこ
れらの間に発生する磁界を検出する磁界検出器が設けら
れており、磁界検出器からの信号を処理してトルクを求
める信号処理装置を有している位相差式トルク検出装
置。 - 【請求項2】 信号処理装置は、磁界検出器からの信号
をA−D変換するA−D変換回路と、A−D変換回路か
らの出力のデューティ比を算出するとともにこれからト
ルクを演算する演算部とを有している請求項1記載の位
相差式トルク検出装置。 - 【請求項3】 演算部は、A−D変換回路からのパルス
を計算することによってシャフトの回転速度を算出可能
である請求項2記載の位相差式トルク検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2894092A JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2894092A JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05196520A true JPH05196520A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12262409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2894092A Pending JPH05196520A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 位相差式トルク検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05196520A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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